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科學創藝術

微物.凝視

2021/12/24 元利儀器企劃製作
絢爛奪目的2021 Taiwan 顯微攝影競賽得獎作品用影像記錄下了科研的精彩時刻

當虎克(Robert Hooke)第一次在顯微鏡下看到構成生命最基本的單位──細胞時,是否內心湧起了一股無比的澎湃?三百多年後,顯微鏡的能力早已超越了細胞尺度,讓我們能夠一窺胞器、病毒結構,甚至是單顆原子的模樣。透過這些科學影像,除了讓我們了解生命運作的原理,也同時引領我們看見燦爛多變的生命型態。


為了讓更多人能夠一睹生命的美麗樣貌,元利儀器、清華大學腦科學研究中心與OLYMPUS共同舉辦「2021 Taiwan顯微攝影競賽」,讓科學家珍貴的顯微影像,得以進入大眾的視野。就讓我們一同進入微觀世界,靜靜凝視科學中所隱含的美學。



Myofibers in a Live Zebrafish∕Uday Kumar攝

這隻初生的斑馬魚,像是蘊藏了整個宇宙。

實際上,牠僅僅只有數毫米大,比我們的指尖更加微小。從黑暗中透射而出的數百道光芒,代表的都是一顆顆肌肉細胞。Uday Kumar使用了一種稱為「Brainbow」的多顏色標記技術,讓每顆肌肉細胞都散發獨特的色彩。他之所以這麼做,原是想研究肌肉細胞的生長及再生機制,卻也因此突破了科學與藝術的界線。

在中央研究院細胞與個體生物學研究所陳振輝實驗室攻讀博士的Uday Kumar,長期以斑馬魚為實驗素材。斑馬魚幼魚的身體近乎透明,是觀察細胞發育與基因表現的絕佳對象。Uday Kumar把三種顏色(紅、綠、藍三原色)的螢光蛋白基因嵌入斑馬魚的DNA裡,並在每顆細胞裡隨機表現三種螢光蛋白,因而讓斑馬魚呈現出上百種顏色。

這原理看似簡單,但他說,「我花了兩年,才成功培育出一隻斑馬魚,能夠以正確比例呈現出美麗的色彩。」透過這幅照片,我們得以見證他克服挑戰的驚喜時刻。



Mother’s Love∕林明德 攝

若想了解一種昆蟲,就要觀察牠的卵巢。

慈濟大學分子生物暨人類遺傳學系副教授林明德,看遍了果蠅、螽斯、小黑蚊、椿象、隱翅蟲等各種昆蟲的卵巢。不同的卵巢都具有各自特殊的構造,充份展現了牠們在自然界繁衍的獨門絕技。

圖中的卵巢來自刺桐釉小蜂,是台灣惡名昭彰的造癭昆蟲。牠會將卵產在刺桐屬植物的葉片或枝條上,形成突起的「蟲癭」,奪取植物的養份,導致葉片捲曲、枝條腫脹畸形,最終扼殺植物。包裹在蟲癭內的幼蟲逐漸成熟,羽化後便鑽出蟲癭,一至兩天內就具有交配能力。而在刺桐釉小蜂的卵巢內,一顆顆卵細胞接力成熟,讓牠在短短幾周的生活史裡,就能產下超過300顆卵。

林明德透過顯微鏡解剖刺桐釉小蜂,在那2毫米的身軀裡取出卵巢,再用紅色與綠色染劑分別標記細胞核與細胞膜。從照片中,可看到許多滋養細胞(紅)供給養份給卵母細胞,使卵逐漸成熟,最後變成棍棒狀(綠),靜靜等待著下一次繁衍族群的機會。



鈉鉀氯共轉運蛋白在初生小鼠腎臟中的表現∕李佳銘 攝

全心全意地投入一件事,或許就是腎臟最好的寫照。

無時無刻,腎臟裡數百萬個腎元都在為我們過濾血液,每天的過濾量超過百升,當中僅有約1%變成尿液,其餘皆重新吸收,來調解體內的水份、電解質與酸鹼平衡。實現這個過程的關鍵要角之一,便是照片中密布於腎臟各處、難以計數的鈉鉀氯共轉運蛋白(綠),其協力將鈉、鉀兩種人體重要電解質重新運回體內。

在中央研究院應用科學研究中心陳壁彰實驗室擔任博士後研究員的李佳銘,使用實驗室自製的貝索層光顯微鏡來觀察小鼠腎臟。這種顯微鏡能夠用極薄的光掃描生物樣本,並將不同深度的平面影像重組成完整的立體影像,顯現出生物真實的組織結構。

然而只有層光顯微鏡還不夠,李佳銘同時採用了透化技術,使腎臟變得透明,讓顯微鏡能夠順利掃描不受阻礙;更利用擴大顯微鏡術,將腎臟膨脹為原來的4倍,幫助顯微鏡清楚捕捉每處細節,最終獲得了這幅彷彿仍不停運轉的腎臟。



腸.春∕林宇捷 攝

在幽暗的小腸裡,也有春天嗎?

在大自然中,青藍的春風拂過大地,為植被帶來養份,因而結出許多碩大的果實;而在消化系統內,食物從胃進入小腸,為小腸所吸收,我們因此成長茁壯。巨觀與微觀世界相互輝映,共構成一幅春天的意境。

捷絡生技技術長林宇捷利用共軛焦顯微鏡與3D組織影像技術,來捕捉小鼠的小腸結構。小鼠樣本是科學實驗的重要參考指標,藉由分析小鼠的小腸切片與腺體變化,將能夠幫助人們拓展癌症研究或開發新藥物。照片中的腺體層(以紅、綠色標記)會分泌含有消化?的小腸液,能夠分解並消化食物;肌肉層(黃、青)則負責蠕動,讓食物變得更容易消化,同時將食物往後運送。

從學術圈投入新創事業的林宇捷說:「我們要把尖端的學術技術帶入產業,帶給人類社會更多的貢獻。」他希望運用這種3D組織影像技術,讓醫師能夠從人類病理切片獲得更完整的資訊,進而給予癌症病患更適宜的治療方法。



2021 Taiwan顯微攝影競賽作為台灣首次舉辦的全國性顯微攝影賽事,充份展現了台灣的顯微技術與科研成果。這讓我們期待,還有眾多優秀作品已蓄勢待發,準備好展現科學的精彩瞬間。

若想發掘更多科學影像背後的故事,可前往官網觀看線上展覽,與我們一同探索微觀世界的絢麗樣貌。


2021 Taiwan 顯微攝影競賽線上展覽 https://olympusomic.tw/online-expo/

# 關鍵字:科學創藝術攝影微生物
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